具有改進的瞬態響應的前饋電流模式切換調節器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及切換調節器，且尤其是涉及一種用以改進對負載瞬態或輸出電壓調整的輸出電壓響應的技術。
【背景技術】
[0002]切換調節器通常在10kHz到5MHz的頻率下切換。一種常見類型的切換調節器為電流模式(CM)調節器。在CM調節器中，存在檢測經過電源開關或經過電感器的斜坡電流的快速電流回路，及檢測輸出電壓的慢得多的電壓回路。連接到調節器的輸出的大電容器使輸出電壓平滑。
[0003]當存在負載電流瞬態時，例如當負載進入或離開備用模式時，負載電流可瞬時地改變。舉例來說，如果負載離開備用模式，那么電流的瞬時增加將從輸出電容器汲取電荷且致使輸出電壓暫時地下降直到下一切換周期為止。在下一切換周期期間，調節器檢測降低的輸出電壓且增加電源開關的占空比以補償增加的負載電流。針對電流瞬態的校正為電壓反饋回路帶寬的函數，且因此占用許多時鐘周期，從而引起輸出電壓紋波。
[0004]此類紋波可致使經調節電壓轉變出所需操作范圍。需要一種用于在不顯著地增加負載電容的情況下縮減調節器歸因于負載電流瞬態的輸出電壓紋波的技術。
[0005]另外，一些應用需要切換調節器以響應于外部命令信號而對其經調節電壓電平進行階躍改變。一旦接收到外部產生的命令信號，就對相對緩慢的電壓回路中的反饋電壓或參考電壓進行改變以致使調節器輸出新電壓。在典型調節器中，所述調節器調整其占空比以使反饋電壓與施加到誤差放大器的參考電壓匹配。改變反饋電壓(以改變經調節電壓)可通過改變連接在輸出電壓與到誤差放大器中的輸入之間的電阻分壓器中的電阻器比率。然而，改變到誤差放大器中的參考電壓被認為是用以改變經調節輸出電壓的較簡單方式。可使用用以改變反饋電壓的其它方式；然而，所有此類改變是在相對緩慢的電壓回路中執行。歸因于電壓回路的緩慢反應時間，在調節器輸出新經調節電壓之前存在延遲，例如針對0.1伏特的階躍存在大約30 μ S或更大的延遲。不論電壓階躍是在正方向上還是在負方向上都會發生延遲。在最佳設計中，不能在不會不利地影響相位裕度的情況下增加電壓回路帶寬。
[0006]需要一種用于在調節器響應于外部命令信號而輸出目標經調節電壓之前縮減延遲以改變經調節輸出電壓的技術。
【發明內容】
[0007]揭示一種新穎CM調節器，其接收識別即將發生的負載電流階躍(或負載電流的任何其它改變)的信號，且作為響應而使調節器的控制回路中的信號偏移以大約在負載電流階躍時增加或減低電源開關的占空比，使得調節器在負載電流階躍時向負載供應所需電流，而不要求電壓回路作出響應，從而引起輸出電壓紋波的實質縮減。偏移實質上立即發生，因此，補償在下一時鐘周期之前發生。因此，補償在輸出電壓歸因于電流階躍的偏差的任何檢測之前發生。紋波縮減的量是顯著的，這是因為電壓回路通常歸因于所述回路為了保證最佳穩定性而需要有限帶寬而緩慢地對電流階躍作出響應。
[0008]在本發明的一個實施例中，負載控制器在負載電流階躍之前不久產生對應于預期負載電流階躍(向上或向下)的數字信號。所述信號可將電流階躍的量值指定為任何分辨率。數字信號可在負載電流階躍的0.5uS內被發送，且優選地在電流階躍之前的CM調節器的時鐘周期內被發送。數/模轉換器(DAC)將數字信號轉換為對應于調節器中的必要電流反饋偏移的經縮放模擬偏移信號。將偏移電壓(正或負)與快速電流回路信號求和以使電流反饋信號偏移，所述電流反饋信號通常識別經過功率級的瞬時電流。因為電源開關的占空比是部分地由所檢測的電流反饋信號確定，所以偏移會產生假設電流階躍已經發生的假反饋條件。因此，調節器瞬時地對偏移條件作出反應以在切換周期期間產生比通常產生的電流更多或更少的電流。因此，當負載電流改變時，調節器已經作出反應以向負載供應所需電流，從而引起輸出電壓紋波的縮減。
[0009]只要偏移致使在調節器對輸出電壓改變作出反應之前進行占空比調整，偏移就可甚至緊接地在電流階躍之后(例如，在0.5uS之后的時間內)發生，且仍然縮減紋波。
[0010]在一個實施例中，如果電源開關已經在一時鐘周期期間被停用，例如，通過觸發器的復位，那么在偏移信號時，偏移電路系統向觸發器提供設置信號以針對那個時鐘周期來重新啟用電源開關。因此，電源開關不必等待下一時鐘周期以向負載供應額外電流。
[0011]在一個實施例中，偏移條件針對電流階躍的長度保持固定，直到負載控制器傳輸識別即將發生的負載電流階躍的另一數字碼為止。
[0012]偏移可應用于某些調節器配置中的電流回路或電壓回路。任何CM調節器可被容易地修改以并入有改變，而不影響調節器在非瞬態條件期間的操作。電壓偏移可應用于任何調節器拓撲。偏移可用于其中比較器基于電流信號而觸發的任何調節器中。
[0013]此一般技術還可應用于對外部命令信號作出響應以改變電流模式調節器的輸出電壓。除了修改緩慢電壓回路中的參考電壓或反饋電壓以致使產生新經調節輸出電壓(其可以常規方法而完成)以外，也在快速電流回路中應用短暫偏移，以良好地在電壓回路響應于經修改的反饋電壓而達到目標電壓之前使輸出電壓快速地階躍到目標電壓。在命令調節器使其輸出電壓從1.8伏特升高到1.9伏特的外部命令信號的實例中，將電流偏移引入到快速電流回路中，例如針對8uS，以針對將輸出電壓增加0.1伏特所需要的持續時間來瞬時地將額外電流供應到輸出電容器。達到電壓階躍所需要的額外電流及持續時間是由方程式I=CAV/AT確定。可需要多個切換周期以供應所需電流。因為電源開關電流以已知速率斜升且電容是已知的，所以偏移的所需持續時間(其增加電源開關的接通時間)可被容易地計算且被編程到解碼器中以供應額外電流來快速地增加輸出電壓。編程到解碼器中的偏移時間對應于達到由數字外部命令信號指定的輸出電壓所需要的所需電壓階躍。也在外部命令信號指定輸出電壓的向下階躍時應用這種相同技術，其中在電流回路中應用相反偏移以在簡短時期內快速地減低電源開關的接通時間。一旦已將輸出電容器充電到所需輸出電壓，且已移除電流偏移，調節器就正常地操作，其中電壓回路使用經修改的參考電壓或反饋電壓來控制輸出電壓。已使用此技術而達到電壓瞬態響應的3倍改進。
[0014]其它實施例被描述。
【附圖說明】
[0015]圖1說明常規的但被擴增有本發明的偏移電路系統的電流模式(CM)切換調節器。
[0016]圖2說明常規的但被擴增有本發明的偏移電路系統的CM切換調節器的另一實施例。
[0017]圖3為識別在實行本發明的一個實施例時采用的某些步驟的流程圖。
[0018]圖4到12為來自模擬的曲線圖。
[0019]圖4說明響應于負載電流階躍而進行的現有技術的調節器中產生的信號的模擬。
[0020]圖5為圖4中的輸出電壓線的特寫。
[0021]圖6說明響應于負載電流階躍而進行的根據本發明的一個實施例的調節器中產生的信號的模擬。
[0022]圖7為圖6中的輸出電壓線的特寫，其展示極大縮減的輸出電壓紋波。
[0023]圖8說明根據本發明的一個實施例的調節器中產生的信號的模擬，其中偏移是在無負載電流階躍的情況下產生。
[0024]圖9說明對輸出電壓紋波的效應，其中偏移信號歸因于調節器中的時鐘周期延遲而被過遲地施加。
[0025]圖10說明對輸出電壓紋波的效應，其中偏移信號的定時被較好地控制為在負載電流階躍時發生。
[0026]圖11說明對常規CM調節器中的負載電流階躍的4相瞬態響應，其引起大輸出電壓紋波。
[0027]圖12說明根據本發明的4相CM調節器的瞬態響應，其以負載瞬態與電流比較器偏移調整之間的可變時間延遲而對40A負載電流階躍作出響應。
[0028]圖13說明現有技術的調節器的輸出電壓，此時對外部命令信號作出響應以使輸出電壓從1.8伏特增加到1.9伏特，接著回落到1.8伏特。
[0029]圖14說明根據本發明的調節器的輸出電壓，此時對外部命令信號作出響應以使輸出電壓從1.8伏特增加到1.9伏特，接著回落到1.8伏特。
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